Načini kemične koncentracije za izražanje, enote, molalnost in molarnost



The koncentracije kemikalij je numerično merilo relativne količine topila v raztopini. Ta ukrep izraža razmerje med raztopljeno snovjo glede na količino ali prostornino topila ali raztopine v enotah koncentracije. Izraz "koncentracija" je povezan s količino prisotne raztopine: raztopina bo bolj koncentrirana, medtem ko ima več raztopine.

Te enote so lahko fizikalne, kadar se upoštevajo vrednosti mase in / ali prostornine sestavin raztopine ali kemikalij, kadar je koncentracija raztopine izražena v njenih molih ali ekvivalentih, pri čemer se upošteva število Avogadro.

Tako je z uporabo molekularnih ali atomskih uteži in števila Avogadro mogoče fizikalne enote pretvoriti v kemične ob izražanju koncentracije določene raztopine. Zato je mogoče vse enote pretvoriti za isto rešitev.

Indeks

  • 1 Raztopine razredčene in koncentrirane
  • 2 Načini izražanja koncentracije
    • 2.1 Kvalitativni opis
    • 2.2 Razvrstitev po topnosti
    • 2.3 Kvantitativni zapis
  • 3 koncentracijske enote
    • 3.1 Enote relativne koncentracije
    • 3.2 Enote razredčene koncentracije
    • 3.3 Koncentracijske enote, ki temeljijo na molih
    • 3.4 Formalnost in normalnost
  • 4 Molarnost
    • 4.1 Vaja 1
    • 4.2 Vaja 2
  • 5 Normalnost
    • 5.1 Izračun
    • 5.2 Vaja 1
  • 6 Molalnost
    • 6.1 Vaja 1
  • 7 Priporočila in pomembne opombe o koncentraciji kemikalij
    • 7.1 Prostornina raztopine je vedno večja od prostornine topila
    • 7.2 Uporabnost molarnosti
    • 7.3 Formule niso shranjene, vendar so enote ali definicije
  • 8 Reference 

Raztopine razredčimo in koncentriramo

Kako je mogoče opaziti, če je koncentracija zelo razredčena ali koncentrirana? Na prvi pogled zaradi izražanja katerekoli njegove organoleptične ali kemijske lastnosti; to so tisti, ki zaznavajo čute ali se lahko izmerijo.

Zgornja slika prikazuje razredčitev koncentracije kalijevega dikromata (K2Cr2O7), ki ima oranžno barvo. Od leve proti desni lahko vidite, kako barva zmanjšuje njeno intenzivnost, ko je koncentracija razredčena, in doda več topila.

Ta razredčitev omogoča pridobitev razredčene koncentracije iz koncentriranega. Barva (in druge "skrite" lastnosti v oranžni grudi) se spreminja na enak način kot njegova koncentracija, bodisi s fizičnimi ali kemičnimi enotami.

Toda kaj so enote za koncentracijo kemikalij? Med njimi so molarnost ali molska koncentracija raztopine, ki povezuje mole raztopine s celotno prostornino raztopine v litrih..

Prav tako imate molalnost ali znano tudi kot molska koncentracija, ki se nanaša na mole raztopine, vendar so vsebovane v standardizirani količini topila ali topila, ki je natančno en kilogram..

To topilo je lahko čisto ali če raztopina vsebuje več kot eno topilo, bo molalnost molov raztopine na kilogram mešanice topil..

Tretja enota kemijske koncentracije je normalna ali normalna koncentracija raztopine, ki izraža število kemijskih ekvivalentov raztopine na liter raztopine..

Enota, v kateri je izražena normalnost, je v ekvivalentih na liter (Eq / L) in v medicini je koncentracija elektrolitov v človeškem serumu izražena v miliekvivalentih na liter (mEq / L).

Načini izražanja koncentracije

Koncentracijo raztopine lahko označimo na tri glavne načine, čeprav imajo sami po sebi zelo različne izraze in enote, ki se lahko uporabijo za izražanje merila te vrednosti: kvalitativni opis, kvantitativni zapis in razvrstitev v smislu topnosti.

Odvisno od jezika in konteksta, v katerem delate, boste izbrali enega od treh načinov za izražanje koncentracije zmesi.

Kvalitativni opis

Kvalitativni opis koncentracije zmesi, ki se uporablja predvsem v neformalnem in netehničnem jeziku, je izražen v obliki pridevnikov, ki na splošno označujejo stopnjo koncentracije, ki jo ima rešitev..

Na ta način je najnižja raven koncentracije po kvalitativnem opisu "razredčena" raztopina, najvišja pa "koncentrirana"..

Govorimo o razredčenih raztopinah, kadar ima raztopina zelo majhen delež topila, odvisno od celotne prostornine raztopine. Če želite razredčiti raztopino, morate dodati večjo količino topila ali poiskati načine za zmanjšanje raztopine.

Zdaj govorimo o koncentriranih raztopinah, kadar imajo velik delež topila, odvisno od celotnega volumna raztopine. Za koncentriranje raztopine dodajte več raztopljene snovi ali zmanjšajte količino topila.

V tem smislu se kvalitativni opis imenuje ta klasifikacija, ne samo zato, ker nima matematičnih meritev, temveč zaradi svoje empirične kakovosti (lahko se pripiše vizualnim značilnostim, vonjem in okusom, brez potrebe po znanstvenih dokazih)..

Razvrstitev po topnosti

Topnost koncentracije pomeni največjo zmogljivost raztopine, ki ima raztopino, odvisno od pogojev, kot so temperatura, tlak in snovi, ki so raztopljene ali suspendirane..

Raztopine lahko razvrstimo v tri vrste glede na stopnjo raztopljene raztopine v času merjenja: nenasičene, nasičene in prezasičene raztopine..

- Nenasičene raztopine so tiste, ki vsebujejo manjšo količino raztopine, iz katere se lahko raztopi raztopina. V tem primeru raztopina ni dosegla svoje najvišje koncentracije.

- Nasičene raztopine so tiste, pri katerih je v topilu pri določeni temperaturi raztopljena največja količina topila. V tem primeru obstaja ravnotežje med snovmi in raztopina ne more sprejeti bolj raztopljene snovi (ker se bo zgodilo, da se obori).

- Prezasičene raztopine imajo bolj raztopljeno raztopino, kot bi bila rešitev v ravnotežnih pogojih. To se doseže s segrevanjem nasičene raztopine, pri čemer se doda več raztopine kot običajno. Ko se ohladi, ne bo samodejno sproščalo raztopine, vendar pa lahko vsaka motnja povzroči ta učinek zaradi nestabilnosti.

Kvantitativni zapis

V trenutku preučitve rešitve, ki se uporablja na tehničnem ali znanstvenem področju, se zahteva natančnost, izmerjena in izražena v enotah, ki opisujejo koncentracijo glede na njene točne vrednosti mase in / ali prostornine..

Zato obstaja vrsta enot, ki se uporabljajo za izražanje koncentracije rešitve v kvantitativnem zapisu, ki je razdeljena na fizikalne in kemijske, in ki imajo nato svoje lastne razdelitve..

Enote fizikalnih koncentracij so tiste "relativne koncentracije", ki so izražene v odstotkih. Postopne koncentracije lahko izrazimo na tri načine: masni odstotki, volumski odstotki in odstotki po masni prostornini.

Nasprotno pa enote kemičnih koncentracij temeljijo na molarnih količinah, ekvivalentih na gram, delih na milijon in drugih lastnostih raztopine glede na raztopino..

Te enote so najpogostejše zaradi visoke natančnosti pri merjenju koncentracij, zato so običajno tiste, ki jih želite poznati za delo s kemičnimi raztopinami..

Enote koncentracije

Kot je opisano v prejšnjih oddelkih, je treba pri izračunu koncentracije rešitve kvantitativno izračune urejati obstoječe enote za ta namen..

Enote koncentracije so prav tako razdeljene na tiste z relativno koncentracijo, koncentracije razredčenih koncentracij, ki temeljijo na molih, in druge dodatne enote..

Enote relativne koncentracije

Relativne koncentracije so izražene v odstotkih, kot je bilo navedeno v prejšnjem oddelku. Te enote se delijo na masni masni odstotek, volumsko-volumski odstotek in masni volumenski odstotek in se izračunajo na naslednji način: \ t

- % masa = masa raztopine (g) / masa celotne raztopine (g) x 100

- % volumen = volumen raztopine (ml) / volumen celotne raztopine (ml) x 100

- % masa / volumen = masa raztopljene snovi (g) / skupna prostornina raztopine (ml) x 100

V tem primeru je treba za izračun mase ali prostornine celotne raztopine dodati maso ali prostornino topila s topilom topila..

Enote razredčene koncentracije

Enote razredčenih koncentracij so tiste, ki se uporabljajo za izražanje tistih zelo majhnih koncentracij, ki so v obliki sledi v razredčeni raztopini; Najpogostejša uporaba, ki je predstavljena tem enotam, je iskanje sledi raztopljenega plina v drugem, kot sredstva, ki onesnažujejo zrak..

Te enote so prikazane v obliki delcev na milijon (ppm), delov na milijardo (ppb) in delov na trilijon (ppt), izražene pa so na naslednji način:

- ppm = 1 mg raztopine / 1 L raztopine

- ppb = 1 μg raztopine / 1 L raztopine

- ppt = 1 ng raztopine / 1 L raztopine

V teh izrazih je mg enak miligramom (0,001 g), μg je enako mikrogramom (0,000001 g) in ng je enak nanogramom (0,000000001 g). Te enote se lahko izrazijo tudi v obsegu / obsegu.

Enote koncentracije po molih

Enote koncentracije na osnovi molov so molske frakcije, molski odstotek, molarnost in molalnost (zadnji dve sta bolje opisani na koncu članka)..

Molska frakcija snovi je delež vseh njenih sestavnih molekul (ali atomov) kot funkcija skupnih molekul ali atomov. Izračuna se na naslednji način:

XA = število molov snovi A / skupno število molov v raztopini

Ta postopek se ponovi za druge snovi v raztopini, pri čemer se upošteva, da je vsota XA + XB + XC ... mora biti enaka eni.

Molarni odstotek deluje na podoben način kot XA, le to, odvisno od odstotka:

Molarni odstotek A = XA x 100%

V zadnjem delu bomo podrobneje razpravljali o molarnosti in molalnosti.

Formalnost in normalnost

Končno, obstajata dve koncentracijski enoti, ki sta trenutno v neuporabi: formalnost in normalnost.

Formalnost raztopine predstavlja masno-gramsko število gramov na liter celotne raztopine. Izražena je kot:

F = Ne. P.F.G / L raztopina

Pri tem izrazu je P.F.G enaka masi vsakega atoma snovi, izražene v gramih.

Namesto tega je normalno število ekvivalentov topila, deljeno z litri raztopine, kot je navedeno spodaj:

N = ekvivalentni grami raztopine / L raztopine

V omenjenem izrazu lahko izračunamo ekvivalentne grame raztopine s številom molov H+, OH- ali druge metode, odvisno od vrste molekule.

Molarnost

Molarnost ali molska koncentracija raztopine je enota kemijske koncentracije, ki izraža ali povezuje mole raztopine (n), ki jih vsebuje ena (1) liter (L) raztopine..

Molarnost je označena z veliko črko M in za določitev molov raztopine (n) se gramov raztopine (g) deli z molekulsko maso (MW) raztopine..

Tudi PM molekulske mase raztopljene snovi dobimo iz vsote atomskih uteži (PA) ali atomske mase kemijskih elementov, upoštevajoč delež, v katerem se združijo, da tvorijo topilo. Tako imajo različni soluuti lastne poslance (čeprav to ni vedno tako)..

Te opredelitve so povzete v naslednjih formulah, ki se uporabljajo za izvajanje ustreznih izračunov:

Molarnost: M = n (moli raztopine) / V (liter raztopine)

Število molov: n = g topila / PM topila

Vaja 1

Izračunajte molarnost raztopine, ki je pripravljena s 45 g Ca (OH).2 raztopimo v 250 ml vode.

Prva stvar, ki jo je treba izračunati, je molekulska masa Ca (OH).2 (kalcijev hidroksid). Po svoji kemijski formuli je spojina kalcijev kation in dva oksidrilna aniona. Tu je masa elektronov, ki je manjša ali večja od vrste, zanemarljiva, zato se vzamejo atomske uteži:

Število molov topila bo nato:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 molov Ca (OH)2

Dobimo 0,61 molov raztopine, vendar je pomembno vedeti, da so te mole raztopljene v 250 ml raztopine. Kot je definicija molarnosti molov v a litra ali 1000 mL, potem je treba narediti preprosto pravilo treh za izračunavanje molov, ki so v 1000 mL navedene raztopine

Če je v 250 ml raztopine => 0,61 molov raztopine

           V 1000 ml raztopine => x Koliko molov je tam??

x = (0,61 mol) (1000 ml) / 250 ml

X = 2,44 M (mol / L)

Drug način

Drugi način za pridobitev molov za uporabo formule zahteva, da vzamete 250 ml na litre, tudi ob uporabi pravila treh:

Če je 1000 ml => 1 liter

250 ml => x Koliko litrov je?

x = (250 ml) (1 L) / 1000 ml

x = 0,25 L

Nato se nadomesti s formulo Molarity:

M = (0,61 mol raztopine) / (0,25 L raztopine)

M = 2,44 mol / L

Vaja 2

Kaj pomeni, da je raztopina HCl 2,5 M?

Raztopina HCl je 2,5 molarna, kar pomeni, da je en liter raztopil 2,5 mol klorovodikove kisline.

Normalnost

Normalnost ali ekvivalentna koncentracija je enota kemijske koncentracije raztopin, ki je označena z veliko črko N. Ta enota koncentracije označuje reaktivnost topila in je enaka številu ekvivalentov topila (Eq) med prostornino raztopine, izražene v litrih. \ T.

N = Eq / L

Število ekvivalentov (Eq) je enako gramom topila med ekvivalentno težo (PEq).

 Eq = g raztopine / PEq

Ekvivalentna teža, ali znana tudi kot ekvivalent grama, se izračuna z pridobitvijo molekulske mase raztopine in deljenjem z ekvivalentnim faktorjem, ki se za namene povzemanja v enačbi imenuje zeta delta (ΔZ)..

PEq = PM / ΔZ

Izračun

Izračun normalnosti bo imel zelo specifično razliko v ekvivalentnem faktorju ali ΔZ, kar je odvisno tudi od vrste kemijske reakcije, v kateri sodeluje solutec ali reaktivna vrsta. Nekateri primeri te spremembe so lahko navedeni spodaj:

-Če je kislina ali baza, ΔZ ali ekvivalentni faktor, bo enako številu vodikovih ionov (H+)  ali OH hidroksil- imata raztopino. Na primer žveplova kislina (H2SO4) ima dva ekvivalenta, ker ima dva kislinska protona.

-Pri oksidacijsko-redukcijskih reakcijah ΔZ ustreza številu elektronov, vključenih v oksidacijski ali redukcijski proces, odvisno od posameznega primera. Tukaj pride do uravnovešenja kemijskih enačb in specifikacije reakcije.

-Prav tako bo ta ekvivalentni faktor ali ΔZ ustrezal številu ionov, ki se oborijo v reakcijah, razvrščenih kot obarjanje.

Vaja 1

Določimo normalnost 185 g Na2SO4 ki so v 1,3 L raztopine.

Najprej se izračuna molekulska masa raztopine te raztopine:

Drugi korak je izračun ekvivalentnega faktorja ali ΔZ. V tem primeru je natrijev sulfat sol, valenca ali naboj kationa ali kovinski Na+, ki se pomnoži z 2, kar je spodnji del kemijske formule soli ali raztopine:

Na2SO4 => ΔZ = Valencia kation x subindeks

ΔZ = 1 x 2

Za pridobitev ekvivalentne teže se nadomesti v ustrezni enačbi:

 PEq = (142,039 g / mol) / (2 ekv. / Mol)

 PEq = 71,02 g / ekv

In potem lahko nadaljujete z izračunom števila ekvivalentov, znova uporabite še en preprost izračun:

Eq = (185 g) / (71,02 g / en.)

Število ekvivalentov = 2,605 ekv

Nazadnje, z vsemi potrebnimi podatki se normalnost zdaj izračuna z nadomestitvijo po njeni definiciji:

 N = 2,605 Eq / 1,3 L

N = 2,0 N

Molalnost

Molalnost je označena z malimi črkami m in je enako molom raztopine, ki je prisotna v enem (1) kilogramu topila. Imenuje se tudi molska koncentracija in se izračuna po naslednji formuli:

m = moli topila / kg topila

Medtem ko molarnost vzpostavlja razmerje molov raztopine, vsebovanega v enem (1) litru raztopine, se molalnost nanaša na mole raztopine, ki obstajajo v enem (1) kilogramu topila..

V tistih primerih, ko je raztopina pripravljena z več kot enim topilom, se molalnost izraža enako kot moli raztopine na kilogram zmesi topil..

Vaja 1

Določimo molalnost raztopine, ki smo jo pripravili z mešanjem 150 g saharoze (C12H22011) s 300 g vode.

Molekulska masa saharoze se najprej določi, da se nadaljuje izračunavanje molov raztopine te raztopine:

Izračuna se število molov saharoze:

n = (150 g saharoze) / (342,109 g / mol)

n = 0,438 molov saharoze

Po tem, ko se gramov topila vzame v kilogramih, se uporabi končna formula.

Nadomestitev nato:

m = 0,438 molov saharoze / 0,3 kg vode

m = 1,46 mol12H22011/ Kg H2O

Čeprav trenutno poteka razprava o končnem izrazu molalnosti, se ta rezultat lahko izrazi tudi kot:

1,26 m12H22011 ali 1,26 mol

V nekaterih primerih se zdi koristno izraziti koncentracijo raztopine v smislu molalnosti, ker mase raztopine in topila ne trpijo rahlih nihanj ali neprimernih sprememb zaradi vpliva temperature ali tlaka; kot pri raztopinah s plinasto raztopino.

Poleg tega je treba poudariti, da je ta enota koncentracije, ki se nanaša na določeno raztopino, nespremenjena zaradi obstoja drugih raztopin v razpadu..

Priporočila in pomembne opombe o koncentraciji kemikalij

Volumen raztopine je vedno večji od volumna topila

Z reševanjem rešitev se pojavlja napaka interpretacije volumna raztopine, kot da bi bila topilo. Na primer, če je en gram čokoladnega prahu raztopljen v enem litru vode, prostornina raztopine ni enaka prostornini enega litra vode..

Zakaj ne? Ker bo raztopina vedno zasedla prostor med molekulami topil. Kadar ima topilo visoko afiniteto za topilo, je lahko volumenska sprememba po raztapljanju lažno ali zanemarljiva.

Če pa ne, in še več, če je količina topila velika, je treba upoštevati obseg spremembe. Tako je: Vsolvente + Vsoluto = Vsolución. Samo v razredčenih raztopinah ali kjer so količine topila majhne, ​​velja Vsolvente = Vsolution.

To napako je treba zelo dobro upoštevati, zlasti pri delu s tekočimi raztopinami. Na primer, če se namesto raztapljanja čokoladnega prahu med raztopi v alkoholu, bo količina dodanega medu pomembno vplivala na celotno prostornino raztopine..

Zato je treba v teh primerih volumen topila dodati tistemu topila.

Uporabnost molarnosti

-Poznavanje molarnosti koncentrirane raztopine omogoča izvedbo izračuna razredčitve z uporabo preproste formule M1V1 = M2V2, kjer M1 ustreza začetni molarnosti raztopine in M2 molarnosti raztopine, ki jo želite pripraviti iz raztopine. M1.

-Če poznate molarnost rešitve, lahko preprosto izračunate Normalnost rešitve z naslednjo formulo: Normalnost = število enakovrednih x M

Formule niso shranjene, vendar so enote ali definicije

Vendar pomnilnik včasih ne spomni vseh enačb, ki so pomembne za izračune koncentracije. Za to je zelo koristno imeti jasno opredelitev vsakega koncepta.

Iz definicije se enote zapišejo z uporabo pretvorbenih faktorjev izraziti tiste, ki ustrezajo temu, kar želite določiti.

Če imate na primer molalnost in jo želite pretvoriti v normalno stanje, nadaljujte na naslednji način:

(mol / kg topilo) x (kg / 1000 g) (g topilo / ml) (mL topilo / mL raztopine) (1000 mL / L) (Eq / mol)

Upoštevajte, da je (g topilo / ml) gostota topila. Izraz (mL topilo / mL raztopina) se nanaša na to, koliko volumna raztopine dejansko ustreza topilu. V mnogih vajah je ta zadnji izraz enak iz praktičnih razlogov, čeprav nikoli ni povsem res.

Reference

  1. Uvodna kemija-1st Kanadska izdaja. Kvantitativne enote koncentracije. Poglavje 11 Rešitve. Vzeto iz: opentextbc.ca
  2. Wikipedija. (2018). Enakovredna koncentracija Vzeto iz: en.wikipedia.org
  3. PharmaFactz. (2018). Kaj je molarnost? Vzeto iz: pharmafactz.com
  4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija (8. izd.). CENGAGE Learning, str. 101-103, 512, 513.
  5. Vodne raztopine-molarnost. Vzeto iz: chem.ucla.edu
  6. Quimicas.net (2018). Primeri normalnosti. Vzpostavljeno iz: quimicas.net.